Überwachung von Magnetventilen durch Anomalieerkennung

Intelligentes Condition Monitoring

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In der Prozessindustrie stellen große Entfernungen, z. B. zwischen der Energieversorgung, Steuerung und den Schaltgeräten im Feld eine Herausforderung dar. Um die größtmögliche Anlagenverfügbarkeit und Qualität sicherzustellen, ist eine ständige Überwachung der Anlagenverfügbarkeit vor und während des Betriebs notwendig, das gilt auch für die Überwachung der Verbindungsleitungen sowie die Kurzschluss- und Überlastüberwachung der einzelnen Lastkreise.

Magnetventile zählen zu den wichtigsten Steuereinheiten in der heutigen Industrie. Vor allem in der Prozessindustrie spielen Magnetventile zur Steuerung von Gasen und Flüssigkeiten eine wichtige Rolle. Da Magnetventile oft in sicherheitskritischen Anwendungen eingesetzt werden, können Fehlfunktionen katastrophale wirtschaftliche Folgen und darüber hinaus Folgen für das menschliche Umfeld haben. Nicht nur der Verschleiß innerhalb eines Magnetventils ist ein Sicherheitsrisiko, Fehler in der Signalleitung (z. B. Drahtbruch, Kurzschluss) zum Magnetventil können ebenfalls Ausfälle verursachen und so ein hohes Risiko darstellen. Um dem vorzeitigen verschleißbedingten Ausfall vorzubeugen, muss das Ventil bzw. der Ablauf im Magnetventil sowie die Signalleitleitung zum Ventil überwacht werden.

Bei der Überwachung von Magnetventilen gibt es zwei verschiedene Ansätze. Der erste Ansatz ist eine reine Grenzwertbetrachtung: Es wird im laufenden Betrieb der Laststrom mit einem elektronischen Baustein beobachtet. Wenn der Strom die eingestellten Grenzen unter- oder überschreitet, sendet der Baustein ein Signal an die Steuerung. Mit dieser Methode lassen sich Ereignisse wie Drahtbruch, Kurzschluss oder Über- und Unterspannung erkennen und melden. Der zweite Ansatz verfolgt das Ziel der Früherkennung des Ventilversagens. Hierbei werden die Stromverläufe von Schaltzyklen aufgezeichnet und miteinander verglichen. Diesen Ansatz ermöglicht eine gerät- und anwendungsspezifische Überwachung, denn das Referenzmodell kann im Betrieb erstellt bzw. parametriert werden. Abweichungen in einem bestimmten Maße können auf einen nahen Defekt hindeuten und so den rechtzeitigen Austausch des Ventils in die Wege leiten.
Kommunikationsfähige Module
Eine ACT20C-Station, die aus einem Gateway und einem ACT20C-Strommesswandler besteht, ermittelt die Daten und stellt sie dem Prozesssystem über das Internet zur Verfügung. Das ACT20C-Gateway liefert präzise Diagnose- und Zustandsinformationen von Geräten aus diversen Automatisierungsbereichen, überwacht also Anlagen und Prozesse präventiv. Damit trägt das ACT20C-Gateway entscheidend dazu bei, die Steuerung von Prozessen zu optimieren. Mit dem ACT20C-Gateway und den kommunikativen Signalwandlern ist es möglich, umfangreiche Informationen direkt aus der Ebene der Signalwandlung zu gewinnen – unabhängig von der gewählten Automatisierung. Eine Ethernet-Schnittstelle gestattet den einfachen Zugriff auf die gewünschten Informationen: Die im ACT20C-Gateway erlangten Daten werden per Modbus-TCP bereitgestellt oder lassen sich in einer FDT-Rahmenapplikation direkt anzeigen. Die „clevere Software-Konfiguration“ der Module basiert auf den FDT- und FDT2-Standards. Die ACT20C-Gateways sind flexibel ausgelegt und vereinfachen so die Prozessoptimierung. Entsprechend der jeweiligen Kommunikationsinfrastruktur können die Daten innerhalb des gesamten Netzwerkes verfügbar gemacht oder an ein Scada- oder Wartungssystem weitergereicht werden. Über einen Industrial-Ethernet-Router sind alle Daten via Internet ortsunabhängig nutzbar. Die Ethernet-Schnittstelle übermittelt wichtige Diagnose-informationen, dies unterstützt beispielsweise die schnelle Behebung von Störungen im Anlagenbetrieb.
Der mit dem Gateway kombinierbare, kommunikativ ausgelegte Strommesswandler ACT20C-CMT misst und überwacht AC/DC-Ströme. Dabei verwendet der Strommesswandler das Effektivwertverfahren (True RMS), um den echten Stromverbrauch einer angeschlossenen Last für Gleich- und Wechselströme – auch mit verzerrter Kurvenform – zu erfassen. Ermittelt werden zusätzlich Informationen zum Betriebsverhalten der angeschlossenen Lasten. ACT20C-Strommesswandler messen den Strom sehr genau (≤ 0,5 % FSR) und liefern zusätzliche Zustandsinformationen per Ethernet.
Die Ein- und Ausgangsbereiche des ACT20C lassen sich problemlos einstellen. Mit einem Eingangsmessbereich 0…5/10 A AC (RMS) oder DC und einer Eingangsfrequenz AC 15…700 Hz sowie einer Ausgangsspannung 0…5 V, 0…10 V, -5…5 V, -10…10 V und einem Ausgangsstrom 0…20 mA, 4…20 mA, -20…20 mA bietet der Strommesswandler vielfache Optionen für individuelle Einstellungen. Der Strommesswandler besitzt einen Relaisausgang für Grenzwertalarm mit Schaltschwelle, Verzögerung und Hysterese. Dank der mehrfachen Grenzwertüberwachung können Anwender mit Haupt- und Nebenalarm diverse Alarmsituationen präzise festlegen. So lässt sich die Alarmverzögerungszeit stufenlos konfigurieren (0 bis 180 s). Eine galvanische 4-Wege-Trennung sowie eine Stehstoßspannung von 6,4 kV nach IEC 61010-2-201 sorgen für eine hohe Prozesssicherheit.
Halle 11, Stand B58

Horst Kalla
Referent Fachpresse,Weidmüller

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